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nternet A pplication
□李春旭王文成刘冰婷辽宁邮电规划设计院有限公司
【摘要】N B-l o T是近年来新兴的物联网技术，其网络技术特点在于其网络层。因为其覆盖更加广阔、功耗更加节省、工作于授权频谱等无可比拟的优点在众多低功耗广域网技术中脱颖而出。本文首先介绍了 N B-l o T技术发展背景及其基本概念，详细阐述了 N B-l o T特点和优势，文末描述了 N B-l o T广泛应用及发展趋势。 四川音乐学院绵阳艺术学院教务处
【关键词】N B-l o T窄带物联网蜂窝网络智能 一、发展背景
传统移动通信是人与人之间的通信，随着时代发展移动
通信的定义也在不断的改变，万物之间的连接才是发展必然
趋势。然而，当前的移动通信网络在万物互联的能力上略显
不足。实际上，相对于Z i g B e e、蓝牙等技术，移动蜂窝网络
在覆盖能力、可移动性以及连接数量等指标更具优势，能为
N B-l o T带来更加多样化的应用场景，是物联网的主要连接
技术。窄带物联网技术是物联网技术的重要技术成分，由于
其具有功率损耗低、覆盖面积广、投资成本低、连接设备数 大等特点，在无线网络通信中已成为重要组成部分。
二、N B-l o T概述
N B-I O T是由3G P P标准化组织定义的一种技术标准，是构建于蜂窝通信的窄带物联网。N B-I O T技术只消耗大约180K H Z的带宽，可支持带内网络部署，网络保护带内部署和独立部署等三种方式，并可以与现网并存。为了节省部署成本，N B-I O T可在现有G S M、L T E网络基础之上实现直接部署。与传统物联网技术相比，N B-I〇T具有较强的兼容性，以新的技术形式构建在蜂窝无线网技术之
上，这样能够更好的解决在N B-I〇T技术应用过程中室内信号覆盖不足的问题。N B-I O T技术支持接入各种分辨率的终端，可满足低时延的技术要求，可有效节约建设成本，并且进一步改进网络的组网架构。
N B-I〇T逐步演进，于2020年7月正式写人5G标准。2014年5月华为、V o d a f o n e提出了窄带技术N B M2M; 2015 年 9 月，在 3G P P 第 69 次 R A N 全会上，“N B-CIo T”和“N B-L T E”2个技术规范融合为N B-I〇T;2016年6月，N B-I〇T获得国际组织3G P P通过，标志着N B-I〇T商用化开始i 2020年7月，I T U-R W P5D会议上，N B-l o T正式成为5G标准。
三、N B-l o T特点与关键技术研究
3.1超低功耗
设备的功率损耗是N B-I〇T技术应用一项重要指标，尤 其对于一些不便常换电池的终端设备，如安装在偏远地区的各种传感类设备、监测类设备等，它们的电池使用寿命需求长达几年。而N B-I〇T终端设备可以控制自身休眠和工作的状态，低功耗特性结合多种节电技术，终端设备待机时长达十年之久。
(1 )P S M模式：在idle (空闲态下）增加P S M态，终端设备几乎为关机状态，处于休眠模式，定时器可控制呼醒状态，从而实现设备的低功耗；
图1P S M低功耗模式
Estim atsd battery lifetime in m onths for different TAU cycles and transaction cycles
15m'n 3.7 4.5 4.9 4.9 4.9 4.9 49
1心8.1 13.8 17.0 17.8 17.9 17.9 17.9 1dfly 132 39.1 849 1080 110.8 111.1 111.3 1week 13.5 42.0 99.4 132.1 136.2 138.6 137 0 1136 42.3 101.6 135.9 1402 140.7 141 1
图2设备上传周期与电池寿命对比分析表根据上图分析可知如果上传周期T U A为10分钟，设备每周上传一次数据，两节5号电池可以用132个月之久。
2、e D R X：增强型非连续接收模式，延长了D X R的周期，实现更长的寻呼周期，以达到省电的目的。
图3 e D R X和D R X对比图
3.2超大连接
N B- I〇T占用的传输带宽比L T E少了很多，由于N B- I〇T在总的带宽资源一定的情况下，N B- 1。丁
接人的 设备数量较多，所以N B- I〇T技术资源利用率更高。通过测试发现，在相同相同业务带宽的情况下，相比于传统网络，N B- I o T通信技术可以提供百倍的连接数量，真是实现万物互联所必须的海量连接。据统计当前N B -I〇T网
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图4 N B -I O T 和CateO 、Cate 4芯片模块对比图
络单个可接人约5-K )万个终端设备。
3.3超低成本
从网络建设看，N B -I 〇T 可以直接在现有网络的基础上 改造升级，这样可以大大降低了 N B -I 〇T 网络建设成本。以 现网900M H z 网络升级为例，只需在带宽上退出180K H z , 就可以将现网直接升级为N B -I 〇T 网络。在物联网设备及芯 片组成方面，设备成本及芯片成本较低，因此，N B -I 〇T 网 络在现网升级改造过程中具有改造成本低的优势，同时物联 网的低速率运行、低功率消耗及低带宽资源设计也给N B -
I 〇T
拐点设备芯片以及模块带来低成本优势。3.4超广覆盖
T E M a -142.7GSMMCL-144 咖
—
NB IoT MCL«^64
空间贴图时鱸重传握开功率珊密赓
图5 N B -I o T 覆盖比较、时域重传技术和提升功率谱密度
示意图
N B -I 〇T 技术通过时域重传技术和提升功率谱密度，相 比现有的G S M 网提升了 20d B 的M C L (传送数据时，设备和 的天线端口之间的最大总信道损耗，M C L 值越大，链接 越强大，覆盖范围越广），信号的传输覆盖范围更大，穿透 能力相当于比G S M 网络多穿透两堵墙，能覆盖到深层地下
G S M摩士集团
网络无法覆盖到的地方。
28届奥运会(1 )物联网通过在时域上重传技术来改善传输过程中
的数据有效性，N B -I o T 通过重复数据传输实现时间上的分 集，从而提高了传输数据的有效性，物联网的时域重传技术
能够提高9d B --12d B 的上下行增益。
(2)物联网通过将180K H Z 的带宽资源分为不同个 15K H Z 的子载波资源用来提升功率谱密度，通过增加物联 网的功率谱密度，并采用子载波传输信息的方式，提高了 信号解凋效率，提高了信号的传播距离及信号的穿透能力。
四、
N B
-I o T 广泛应用与未来发展趋势
随着物联网产业的发展，N B - I 〇T 得到全面的应用， 但在近几年的发展中，智慧城市、工业物联网等领域进一 步推动N B _ I o T 的需求和发展。特别是在智能定位、智 能告警、智能控制、电池监控、智能拉杆箱、智能共享 单车智能路灯等智能设备领域体现尤为突出据咨询公司
MarketsandMarkets 的报告中称，N B - IoT 模组 2020 年市 场规模将达到4.61亿美元，预计2025年将达到24.84亿 美元，年复合增长率为40%。
在2020年7月9日结束的I T U -R W P 5D 会议上，1T U
做出重大决议：中国和3G P P 提交的N B -I o T 技术正式成为 5G 标准。这意味着N B -I 〇T 技术明确成为5G 低功耗广域网
场景应用首选，当前部署的N B -I o T 终端，可平滑接入5G 网络；业界在N B -I o T 生态的投资，将被保护，并且将持续 发挥价值。N B -I o T 纳入I T U 5G 标准，确保了未来10年投资， 给行业吃了一颗定心丸，也意味着联接数量和应用场景将持 续扩展。面向未来十年，从以智慧气表、智慧水表、智能烟
感、智慧门锁、智慧路灯为代表的放量市场，到以智慧家电、 智慧工厂、消费电子为代表的新兴市场，再到应急管理、监 控检测等孵化市场，还有海量的“物”需要低成本、低速率、 低功耗的5G N B -I 〇T 来连接，与5G N R 高速率连接一起共 同推动全联接的智能世界。
五、 结语
随着标准演进和技术不断增强，N B -I 〇T 应用还将进入 到更多的行业，帮助千行百业提质降本增效，N B -I 〇T 是5G 物联，在产业日趋成熟的背景下，以及政策支持、标准与技 术持续演进下，5G N B -I 〇T 将持续繁荣发展，为数字经济发 展注入新动能。
参考文献
国务院关于基础教育改革与发展的决定
丨1】张永强，高尚，石莹，周万珍.N B -I O T 技术特性及应用.计算机技术与发展，2020第30卷第5期[2] 张福琦，刘禹佳.N B -I O T 技术的发展现状与趋势研究.中国新通信，2019第21卷第12期[3] 丁聪.论N B -I 〇T 技术及应用前景.中国新通信，2017. ( 20)
李春旭，男，生于1988年10月，于2012年7月毕业于沈阳工程学院，学士学位，通信工程专业，就职于辽宁邮电规划设计院有限公司，中级工程师， 主要从事L T E /5G 移动通信网络技术研究、网络规划优化及工程咨询设计工作，
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